UNIVERSITA DEGLI STUDI MEDITERRANEA DI REGGIO CALABRIA CdL SCBAA Corso di Storia e Conservazione dei Beni Architettonici e Ambientali-Classe L-43 DASTEC Dipartimento "Arte Scienza e Tecnica del Costruire" Anno Accademico 2010-2011 Materiali tradizionali dell architettura e del risparmio energetico (8cfu) Docente: Cherubina Modaffari Lez.14 I Materiali Tradizionali e gli elementi costruttivi Caratteristiche tecniche, impieghi, problematiche tecnologiche. Lapidei 04/05/2011
I MATERIALI LAPIDEI
Informazioni storiche Insieme all argilla e al legno, la pietra naturale è uno dei primi materiali Utillizzati dal uomo per costruire. All inizio della nostra civiltà furono realizzati in pietra oggetti d uso (armi, utensili e gioielli) I primi edifici realizzati in pietra naturale lavorata sono le piramidi egizie e i megaliti, tra cui i cerchi di pietre di Stonehenge. Nel 2700 A.C. a Sakkara in Egitto, fu costruita la più antica piramide a gradoni con blocchi di calcare rozzamente sbozzato Megaliti a Stonehenge, Inghilterra. In Grecia le pietre venivano poste in opera senza giunti di malta e utilizzate per zoccolature, colonne, archi e fregi.
I romani svilupparono la tecnica della volta. Del I Secolo D.C. è la realizzazione di infrastrutture come l acquedotto di Pont du Gard, alto 50 mt. Pont du Gard, Provenza, Francia,I sec.d.c.
Nel periodo Gotico l arte degli scalpellini raggiunse il suo apice. Permise la realizzazione di volte in costoloni reticolari scaricanti le forze sui pilastri di parete. Le pareti tra i pilastri persero la funzione portante trasformandosi in superfici luminose. Ripartizione dei carichi, volta gotica, Cattedrale di Bath, Gran Bretagna, 1499..
Con l inizio del Rinascimento L aspetto esteriore dei grandi edifici civili come i palazzi acquisisce un rilievo sempre maggiore, come mostra in maniera esemplare il Palazzo dei Diamanti di Biagio Rossetti a Ferrara. Particolare del Palazzo dei Diamanti, Ferrara,1493, Biagio Rossetti In Italia, nascono facciate che si allontanano dal concetto di parete portante. Duomo di S.Maria del Fiore, Firenze, 1296, Arnolfo di Cambio, Filippo Brunelleschi e altri.
Negli anni Venti del secolo scorso, Adolf Loos evidenzia l impiego decorativo, nella facciata della LoosHaus,del rivestimento in marmo cipollino Casa Kaufmann di Frank Lloyd Wright è un esempio di grande effetto per quel che riguarda le pareti a cortina. Looshaus, Vienna, Austria, 1910, Adolf Loos. Sessant anni dopo, Peter Zumthor sceglie la stessa tecnica costruttiva- anche se ricorrendo alla pietra tagliataper il fronte delle Terme di Vals. Terme di vals, Peter Zumthor, Svizzera, 1995. Casa di abitazione, Frank Lloyd Wright, Mill Run, Stati Uniti, 1937.
Tra le opere contemporanee emerge la rinnovata importanza attribuita alla superfici e alle qualità sensoriali. La Winery di Herzog & de Meuron in California è un esempio della teatralizzazione delle qualità superficiali della pietra naturale Nuovi utilizzi e inconsueti della pietra vengono ideati per la facciata: gabbie di rete metallica riempite di pietra. Dominus Winery di Yountville in California, Herzog & de Meuron,1998.
Chiesa di St. Pius a Meggen (Svizzera), di Franz Fueg (1966). La chiesa di San Pio di Franz Fueg a Meggen, in Svizzera, esprime le proprietà di trasparenza del marmo. Il Santuario di Padre Pio a Foggia di Renzo Piano esprime una soluzione strutturale costituita da capriate centinate precompresse di pietra calcarea locale,che creano luci di circa 50 m. Santuario di Padre Pio, Foggia, 2004, Renzo Piano.
Classificazione Le rocce utilizzate in edilizia si dividono in: Rocce eruttive, originate dalla solidificazione del magma fuso (e si suddividono in tre gruppi); Rocce intrusive Rocce effusive Rocce magmatiche Rocce sedimentarie si formano per disgregazione, erosione e deposito di rocce più antiche (eruttive, sedimentarie, metamorfiche) trasportate dall acqua e si sedimentano sotto forma di detriti.(arenarie,calcare, travertino) Rocce metamorfìche, derivano da rocce esistenti, scisti cristallini effusivi (da rocce eruttive) o rocce sedimentarie metamorfiche (da rocce sedimentarie). La formazione avviene attraverso grande pressione, temperature elevate o processi chimici che ne modificano le proprietà principali della roccia originaria.(ardesia, marmo, gneiss)
Rocce eruttive sono a loro volta distinte in: Rocce intrusive, sono quelle formatesi da un magma fuso con un raffreddamento molto lento (granito, sienite, dioriti).ciò determina la struttura uniforme e densa. Quasi tutte le rocce intrusive sono antigelive e vengono utilizzate per l elevata resistenza a compressione e all usura. Rocce effusive, sono quelle originate dalla penetrazione di magma liquido in fessurazioni rocciose. Nella struttura sono simili alle rocce intrusive, ma la cristallizzazione è irregolare per via del raffreddamento più rapido (pegmatite,aplite, lamprofiro) Rocce magmatiche, sono prodotte dalla fuoriuscita del magma dalla crosta terrestre(diabase, basalto,riolite).
Rappresentazione sistematica dei tipi di rocce
Tipi di rocce Granito: appartiene al gruppo delle rocce eruttiveintrusive, è composta da feldspato (colore), quarzo(durezza) e mica. Il granito è la roccia più resistente. E disponibile nei colori : rosso,rosa, giallo, grigio, grigioazzurro. Basalto: appartiene al gruppo delle rocce eruttivemagmatiche. Il colore è grigio scuro o nero.il basalto ha un elevatissima resistenza alla compressione, è difficile da lavorare. E resistente agli agenti atmosferici. Il basalto verde e invecchiato e conosciuto come diabase. Arenaria: appartiene al gruppo delle rocce sedimentarie nello specifico ai conglomerati (sedimenti clastici) composti da granelli di quarzo e legante cementifero. E disponibile nei colori: rosso, giallo, marrone e verde. Dal legante dipendono la solidità, la capacità di assorbimento idrico e la resistenza al gelo. Per la bassa resistenza all attrito non è adatta come rivestimento di pavimenti fortemente sollecitati.
Tipi di rocce Calcare: è una roccia sedimentaria chimica formata in diverse ere geologiche nell acqua. Il calcare è composto da carbonato di calcio e si presenta in tonalità di colore giallo, grigio, rosso e bianco. Il suo impiego è sconsigliato in ambienti caratterizzati da umidità elevata. Marmo: è una roccia metamorfica (da roccia sedimentaria). Il marmo puro è bianco. Viene impiegato come rivestimento di pavimenti o rivestimenti di parete e di facciata. Argilloscisto: Il concetto di scisto definisce le caratteristiche di fessurazione delle pietre in cui i minerali forniscono indicazioni sul grado di metamorfosi (argilloscisto, ardesia, serpentenite).l argilloscisto dispone di una struttura a lamine parallele.il colore è grigio scuro o nero. L impiego prevalente è per rivestimenti, piastrelle e rivestimenti di copertura
Estrazione e lavorazione dei materiali lapidei L estrazione delle pietre naturali avviene prevalentemente con coltivazione a giorno Per l estrazione di alcuni tipi di marmo, ardesia e calcare si procede sotto la superficie. I blocchi vengono fratturati lungo le superfici di separazione naturale (fenditure), con l ausilio di cunei idraulici. Cava di pietra Obiettivo dell estrazione è ottenere blocchi grezzi rettangolari di dimensioni adeguate e produrre la minor quantità possibile di scarto. L estrazione delle rocce provoca cambiamenti distruttivi nel paesaggio, cancella gli strati di copertura. Cava di marmo
Estrazione e lavorazione dei materiali lapidei I procedimenti di lavorazione dei blocchi grezzi consistono nell impiego di : Seghe diamantate (lastre spesse 2 cm, 8 cm Seghe tagliablocchi (rivestimenti di 1,5 cm) Seghe circolari e seghe per blocchi.(lastre grezze di 8 cm)
Lavorazione Le operazioni caratteristiche possono dividersi in: Segagione Scalpellatura Tornitura: per la formazione di solidi a sezione circolare Levigazione e lucidatura: attuabile solo sulle rocce compatte, omogenee e di grana fina; (le lastre vengono trattate con apposito disco rotante orizzontale e materiali abrasivi).
Estrazione e lavorazione dei materiali lapidei Lavorazioni superficiali dei blocchi di pietra: 1) e 2) Spuntatura media e grossa, 3) e 4) Bocciardatura fine e media 5) Gradinatura fine 6) Scalpellatura fine
Estrazione e lavorazione dei materiali lapidei Calcare scalpellato grossolanamente Granito martellato Calcare scalpellato e levigato Granito bugnato Calcare lavorato con scalpello a punta larga Granito fiammato Calcare martellato Granito sabbiato Calcare martellato, spazzolato e levigato Granito molato Calcare lavorato con sega diamantata Granito lucidato
Proprietà significative sostenibilità ambientale Contiene una ridotta quantità di energia incorporata perché è un materiale naturale, ma comporta un significativo aumento del consumo di energia se deve essere messa in opera a grande distanza dal luogo di estrazione (trasporto) E un materiale riusabile e riciclabile ma è una risorsa non rinnovabile e determina impatti paesaggistici nella fase di approvvigionamento (cave) PROPRIETA Densità (variabile tra i 2200 e 2600 kg/m3) influenza: - resistenza meccanica (aumenta con l aumentare della densità) - comportamento termico (migliora con il diminuire della densità) - durevolezza (migliora con l aumento della compattezza e quindi della densità) Lavorabilità - segabilità (maggiore nelle pietre tenere) - lucidabilità (maggiore nelle pietre compatte) Gelività (tendenza a fratturarsi per azione del gelo) aumenta con l aumento della porosità
Caratteristiche fisiche Peso specifico e di volume: il peso specifico delle rocce varia tra 1000 e 3000 kg/m.c. Coefficiente di porosità: la porosità di una pietra è dovuta alle soluzioni di continuità dei vari minerali componenti e quindi alla presenza di alveoli all interno della massa. Esiste anche una porosità apparente che indica il rapporto fra il volume dell acqua assorbita dalla pietra e il volume totale dei pori. Coefficiente di imbibizione: rapporto tra peso dell acqua assorbita sino a saturazione e peso specifico. Coefficiente di dilatazione termica: è in genere modesto poiché le pietre sono tutte più o meno rigide. Coefficiente di conducibilità termica: in genere è modesto. Permeabilità all acqua: attitudine a lasciarsi attraversare da acqua in pressione.
Caratteristiche meccaniche Le principali caratteristiche meccaniche delle pietre nelle costruzioni sono: Resistenza a compressione: capacità di sopportare sforzi di schiacciamento. Resistenza a flessione: capacità di sopportare gli sforzi connessi all incurvamento. E importante nel caso di manti di copertura, architravi, pavimenti sopraelevati. Resistenza all urto: capacità di sopportare i colpi di un corpo contundente. Resistenza all usura (o logorabilità): capacità di sopportare l attrito radente prodotto da corpi rigidi in movimento. In base alla loro logorabilità, le pietre si distinguono in: Poco logorabili: rocce eruttive. Abbastanza logorabili: altre rocce scistose. Logorabili: rocce sedimentarie.
Caratteristiche tecniche Le principali caratteristiche tecniche delle pietre sono: Igroscopicità: attitudine ad assorbire umidità dall atmosfera. Gelività: caratteristica delle pietre che presentano nella loro massa piccoli capillari della dimensione di circa 1/10 mm di diametro. Resistenza al fuoco: interessa le strutture che sono a contatto con fiamme vive (camini).
Caratteristiche tecnologiche Colore: di maggiore importanza in quelle ornamentali. Lavorabilità: capacità della roccia di essere lavorata mediante strumenti semplici (scalpelli, bocciarde, ecc.) o complessi (seghe diamantate, taglierine a percussione, ecc.). Tale proprietà prevede quattro tipi di interventi: spaccabilità, segabilità, scolpibilità, lucidabilità. Divisibilità: attitudine di una pietra a dividersi secondo particolari direzioni determinate dalla struttura della roccia da cui proviene. Può avvenire per: stratificazione, scistosità, fessurazione, fratturazione. Durezza: capacità di opporsi alla penetrazione di utensili metallici. E in stretta relazione alla resistenza alla compressione. Durevolezza: capacità di resistere alle azioni degradanti atmosferiche e biologiche; è direttamente collegata alla porosità della pietra.
Uso della pietra L impiego di pietre naturali è prevalente nella produzione di : Leganti minerali Aggregati Di distinguono inoltre relativamente all impiego: Pietre dure (eruttive e alcune metamorfiche) Pietre dolci (sedimentarie) In genere le pietre sono adatte per i seguenti utilizzi: Muratura Gabbioni Rivestimenti di facciata Rivestimenti per pavimenti Rivestimenti di pareti interne Coperture di tetti
Uso della pietra TIPOLOGIE DI PRODOTTI blocchi per murature portanti e murature di chiusura; masselli (blocchetti, binderi, cordoli, cubetti) per pavimentazioni esterne; lastre per rivestimenti verticali e pavimentazioni; conglomerati, graniglie, ricomposti (dai residui delle lavorazioni); pannelli compositi (rivestimento lapideo sottile su supporti rigidi). listelli per rivestimenti verticali e pavimentazioni;
Murature Elementi tecnici La pietra più adatta per le murature è quella che possiede: - Elevata resistenza a compressione; - Buona aderenza alla malta; - Facile lavorabilità per limitare i costi; - Buona durevolezza. Le strutture murarie in pietra si possono distinguere in: - murature con conci di pietra squadrata; - murature con paramento di pietra squadrata; - murature di pietrame a faccia vista: a corsi regolari, ad opus incertum, a corsi interrotti; - murature con blocchi di tufo; - murature ordinarie di pietrame; - murature ordinarie miste di pietrame e mattoni.
Rivestimenti I rivestimenti esterni attuali impiegano lastre di spessore non superiore a 4cm. Per i rivestimenti interni, le rocce impiegate sono quelle adatte ad essere lucidate o finemente scolpite, come i marmi colorati e gli alabastri. La scelta dipende dall aspetto estetico-decorativo e dalla necessità di avere un elevata resistenza alle sollecitazioni esterne (abrasioni, urti). Posa tradizionale
Rivestimenti Facciate ventilate
Pavimentazioni Per le pavimentazioni si utilizzano: - Lastre regolari segate, dello spessore non inferiore a 2cm; - Lastrame a contorno irregolare; - Lastre naturali a spessore variabile di 3 5cm; - Graniglie di vario colore e pezzature; - Cubetti quasi regolari ottenuti per spacco di strati rocciosi di porfidi; - Bozze di pietra squadrate, in particolare granito e arenarie dure. Bozze squadrate (Selciati) in granito, Basalto o Lava Prodotto innovativo lastra in pietra con supporto in calcestruzzo tecnopolimerizzato dim. 40 x40 x 9 (2 +7)
Pavimentazioni
Degrado Le pietre si alterano sotto l azione di agenti esterni interagenti di origine fisica, chimica, biologica. Si possono individuare tre tipi principali di alterazioni: Sfarinamento: polverizzazione superficiale del materiale che si riduce in polvere biancastra. Alveolizzazione: formazione di alveoli circolari anche molto profondi. Desquamazione: distacco di scaglie e placche. E provocata dalla presenza di sali (solfati, cloruri e nitrati) provenienti dall aria inquinata o dal suolo. La pietra può acquisire col tempo una protezione naturale rappresentata da una patina di carbonato di calcio. Strato di protezione in ardesia
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l involucro in pietra naturale La facciata ha proprietà termoregolatrici in virtù delle grandi masse di pietra, e a causa della sua struttura grossolana una penetrabilità elevata che eventualmente può venire compensata da ulteriori accorgimenti costruttivi come l esempio della chiesa di Mortensrud di Jensen & Skodvin. Chiesa di Mortensrud di Jensen & Skodvin, Oslo, 2002.
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l involucro in pietra naturale Progetti Hotel, Berlino, 1996, Josef Paul Kleihues La facciata è formata da pannelli prefabbricati ad altezza di interpiano appesi ai solai. Ogni pannello è ottenuto assemblando lastre di travertino spesse 30mm, disposte con i bordi sovrapposti e fissate con perni di acciaio basso legato. La struttura dei telai in alluminio sorregge, oltre al rivestimento in pietra naturale ventilato e a taglio termico, anche i profili delle finestre sempre a taglio termico.
Evoluzione dei materiali tradizionali nel progetto: l involucro in pietra naturale Progetti La facciata lucida è formata da granito nero. Gli elementi finestra sono inseriti a filo nella pietra. Il reticolo modulare è formato da maglie di 1,2 x 1,2 m, lo spessore delle lastre è di 30 mm. Edificio per uffici, Berlino, 1996, Jurgen Sawade
Riferimenti bibliografici Hegger Ausch-Schwelk Fuchs RosenKranz, Atlante dei materiali,torino 2006, Utet A.A.V.V., Atlante delle facciate,torino 2006, Utet Negro A., Tecnologia dei materiali da costruzione, Torino 86, ed. Libreria Cortina (in particolare: capp. 1,2,3,4) Maura G., Materiali per l'edilizia, Roma 1988, ed. DEI (in particolare capp. I, II, III)